Erdalkalimetalle
In diesem Artikel lernst du die Erdalkalimetalle kennen. Wir erklären dir die Eigenschaften und die Unterschiede zu den Alkalimetallen.
Gerne kannst du dir auch unser Video zu den Erdalkalimetallen anschauen.
Erdalkalimetalle einfach erklärt
Erdalkalimetalle sind die Elemente aus der 2. Hauptgruppe des Periodensystems , also Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Sie besitzen nur 2 Valenzelektronen und sind damit sehr reaktiv.
Zu den Erdalkalimetallen gehören die Elemente Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium aus der 2. Hauptgruppe des Periodensystems.
Was sind Erdalkalimetalle?
Die Erdalkalimetalle findest du im Periodensystem in der 2. Hauptgruppe: Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und Radium (Ra). Jedes Erdalkalimetall besitzt 2 Valenzelektronen, also 2 Elektronen auf der äußeren Schale , und ist damit sehr reaktiv. In der Natur kommen Erdalkalimetalle in der Erdkruste vor, wobei sie nicht frei, sondern meist als Silikat, Karbonat oder Sulfat gebunden vorliegen. Radium kennst du vielleicht bereits als radioaktives Element.
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Erdalkalimetalle Alkalimetalle
Die Alkalimetalle sind aus der 1. Hauptgruppe Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Caesium (Cs) und Francium (Fr). Alkalimetalle müssen nur 1 Valenzelektron abspalten und haben damit eine niedrigere Ionisierungsenergie als die Erdalkalimetalle, die 2 Valenzelektronen abspalten müssen um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Dadurch sind die Alkalimetalle zwar reaktiver, aber ein Erdalkalimetall kann stärkere Bindungen eingehen. Daraus folgt, dass sie härter sind und höhere Schmelz- und Siedepunkte besitzen sowie eine höhere Dichte. Mit den Alkalimetallen gemeinsam haben die Erdalkalimetalle außerdem, dass sie starke Basen bilden können. Des Weiteren können sie als Reduktionsmittel Verwendung finden.
Erdalkalimetalle Eigenschaften
Die Elemente der 2. Hauptgruppe sind silberglänzende Leichtmetalle, wobei der Glanz durch Oxidation an der Luft schnell verschwindet. Sie ähneln den Alkalimetallen und können teilweise ebenfalls Flammenfärbungen verursachen. Die folgende Tabelle beschreibt die wichtigsten Eigenschaften der einzelnen Erdalkalimetalle:
| Beryllium | Magnesium | Calcium | Strontium | Barium | Radium | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ordnungszahl | 4 | 12 | 20 | 38 | 56 | 88 |
| Atommasse [u] | 9,01 | 24,31 | 40,08 | 87,62 | 137,33 | 226,03 |
| Dichte [g/cm3] | 1,85 | 1,74 | 1,54 | 2,63 | 3,65 | 5,5 |
| Schmelzpunkt [K] / [°C] | 1560 / 1287 | 923 / 650 | 1115 / 842 | 1050 / 777 | 1000 / 727 | 973 / 700 |
| Siedepunkt [K] / [°C] | 3243 / 2969 | 1383 / 1110 | 1760 / 1487 | 1653 / 1380 | 1910 / 1637 | 2010 / 1737 |
| Elektronegativität | 1,57 | 1,31 | 1 | 0,95 | 0,89 | 0,9 |
| Ionisierungsenergie [eV] | 9,32 | 7,65 | 6,11 | 5,7 | 5,21 | 5,28 |
| Elektrische Leitfähigkeit [S/m] | 25 · 106 | 22,7 · 106 | 29,4 · 106 | 7,41 · 106 | 2,94 · 106 | 1 · 106 |
| Flammenfärbung | - | - | ziegelrot (553 und 622 nm) | intensiv rot (606 und 675 nm) | blass-grün (514 und 524 nm) | - |
| Kristallstruktur | hexagonal | hexagonal | kubisch flächenzentriert | kubisch flächenzentriert | kubisch raumzentriert | kubisch raumzentriert |
Physikalische Eigenschaften Erdalkalimetalle
Die 2 Valenzelektronen im s-Orbital machen die Erdalkalimetalle sehr reaktiv, wenn auch etwas weniger als die Alkalimetalle. Bei der Abgabe dieser Valenzelektronen bilden sich zweiwertige Kationen. Von oben nach unten im Periodensystem nimmt die Reaktivität zu, da die Valenzelektronen weiter von der positiven Kernladung entfernt sind, wodurch eine geringere Anziehungskraft herrscht und die Elektronen leichter abgespalten werden können.
Innerhalb der 2. Hauptgruppe nimmt Beryllium eine Sonderstellung ein: als einziges Erdalkalimetall ist es hart und spröde, während die anderen weich sind. Außerdem besitzt dieses Erdalkalimetall einen deutlich höheren Schmelz- sowie Siedepunkt.
Die geringste Dichte besitzt Calcium und steigt dann nach unten sowie nach oben innerhalb der Hauptgruppe an. Die elektrische Leitfähigkeit hingegen ist am Calcium am größten, danach bei Beryllium und Magnesium und steigt schließlich wieder von oben nach unten. Ein grober Trend lässt sich auch bei der Elektronegativität und Ionisierungsenergie erkennen: beide nehmen von oben nach unten hin ab.
Flammenfärbung Erdalkalimetalle
Von den Elementen der 2. Hauptgruppe zeigen Calcium, Strontium und Barium und ihre Salze eine Flammenfärbung. Während Calcium für eine ziegel-rote und Strontium eine intensiv rote Flammenfärbung verantwortlich sind, färbt sich die Flamme durch Barium blass-grün. Sie werden deshalb genau wie die Alkalimetalle für Feuerwerk verwendet.
Reaktionsverhalten und Verbindungen der Erdalkalimetalle
Die Elemente der 2. Hauptgruppe reagieren vor allem mit Wasser, Sauerstoff, Wasserstoff und Halogenen. Dabei steigt die Reaktivität innerhalb des Periodensystems von oben nach unten an.
| Verbindung | Beryllium | Magnesium | Calcium | Strontium | Barium | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ... mit Wasser | Hydroxide | Be(OH)2 | Mg(OH)2 | Ca(OH)2 | Sr(OH)2 | Ba(OH)2 |
| ... mit Sauerstoff | Oxide | BeO | MgO | CaO | SrO | BaO |
| ... mit Wasserstoff | Hydride | BeH2 | MgH2 | CaH2 | SrH2 | BaH2 |
| ... mit Halogenen (Fluor) | Halogenide (Fluoride) | BeF2 | MgF2 | CaF2 | SrF2 | BaF2 |
| ... mit Schwefelsäure | Sulfate | BeSO4 | MgSO4 | CaSO4 | SrSO4 | BaSO4 |
| ... mit Kohlensäure | Carbonate | BeCO3 | MgCO3 | CaCO3 | SrCO3 | BaCO3 |
| ... mit Salpetersäure | Nitrate | Be(NO3)2 | Mg(NO3)2 | Ca(NO3)2 | Sr(NO3)2 | Ba(NO3)2 |
| ... Schwefelwasserstoff | Sulfide | BeS | MgS | CaS | SrS | BaS |
Erdalkalimetalle mit Wasser
Ähnlich wie ein Alkalimetall reagiert auch ein Erdalkalimetall (M) heftig mit Wasser (H2O). Dabei entstehen Hydroxide (M(OH)2) und Wasserstoff (H2).
M + 2 H2O → M(OH)2 + H2
Mg + 2 H2O → Mg(OH)2 + H2
Du solltest jedoch beachten, dass Beryllium in Wasser passiviert wird. Das heißt, es entsteht eine Art Schutzschicht, wodurch die Oxidation verlangsamt wird. Magnesium wird ebenfalls passiviert, allerdings kann die gebildete Schutzschicht in heißem Wasser aufgelöst werden.
Erdalkalimetalle mit Sauerstoff
Bei der Reaktion mit Sauerstoff (O2) bilden Erdalkalimetalle Oxide (MO). Barium kann sogar Peroxide (BaO2) bilden.
2 M + O2 → 2 MO
2 Mg + O2 → 2 MgO
2 BaO + O2 → 2 BaO2
Erdalkalimetalle mit Wasserstoff
Wenn Erdalkalimetalle mit Wasserstoff reagieren, dann bilden sich Hydride (MH2), welche eine ionische Struktur haben. Während Beryllium jedoch einen Katalysator für diese Reaktion benötigt, kann Magnesium nur bei hohem Druck reagieren. Die restlichen Erdalkalimetalle reagieren bereits unter normalen Bedingungen.
M + H2 → MH2
Na + H2 → NaH2
Erdalkalimetalle mit Halogenen
Auch mit Halogenen (X), wie zum Beispiel Fluor (F) oder Chlor (Cl) können die Erdalkalimetalle gut reagieren.
M + X2 → MX2
Ca + F2 → CaF2
Erdalkalimetalle weitere Verbindungen
Weitere Verbindungen von Erdalkalimetallen kannst du in den verschiedensten Bereichen finden.
In der organischen Synthese spielen die Grignard-Verbindungen eine wichtige Rolle. Das sind Magnesiumverbindungen mit organischem Rest (R) und einem Halogen (X) R-MgX. Calciumcarbid (CaC2) hingegen findet Anwendung in 3 verschiedenen Verfahren: Ethinherstellung durch Hydrolyse , Azotierung von Calciumcyanamid (Düngemittel, aber auch Mittel für Schädlingsbekämpfung) und Entschwefelung von Rohstahl.
Calciumoxalat (CaC2O4) kannst du als Hauptbestandteil in Nierensteinen finden.
Erdalkalimetalle Wasserhärte
Eine besondere Rolle spielen die Elemente der 2. Hauptgruppe noch bei der Wasserhärte. Denn die Wasserhärte wird beschrieben durch die Stoffmengenkonzentration der Ionen der Erdalkalimetalle, die im Wasser gelöst sind. Die typischen sogenannten Härtebildner sind Calcium- und Magnesiumionen. Sie können unter anderem Carbonate , Sulfate , Chloride und Nitrate bilden. Vor allem Calciumcarbonat (CaCO3) ist nur sehr schwer wasserlöslich.